DE3127092A1

DE3127092A1 - Bohrstange

Info

Publication number: DE3127092A1
Application number: DE19813127092
Authority: DE
Inventors: Otto 5653 Leichlingen 2 Feller; Heinz 5609 Hückeswagen Oepen
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1981-07-09
Filing date: 1981-07-09
Publication date: 1983-01-27
Also published as: DE3127092C2

Description

Maschine zur Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken.
Die Erfindung betrifft eine Maschine zur vorzugsweise spanenden Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken, insbesondere von Kolbenringen, mit jeweils einem für die Innen -und Außenbearbeitung vorgesehenen Werkzeugträger und jeweils einem damit verbundenen, in Abhängigkeit von der Umfangskontur des Werkstückes radial zustellbaren Bearbeitungswerkzeug.
Durch die DE - PS 1.089.245 ist bereits eine Vorrichtung zum gleichzeitigen spanabhebenden Bearbeiten der Außen -und Innenflächen von unrunden Hohl körpern, insbesondere von zu einem Paket vereinigten Kolbenringen bekannt, bei der die Bewegung der Bearbeitungswerkzeuge über einen gemeinsamen Nocken erfolgt. Dieser Nocken steuert das den Außenumfang bearbeitende Werkzeug mechanisch und das den Innenumfang bearbeitende Werkzeug hydraulisch. Das Werkzeug für die Innenbearbeitung ist hier als Bohrstange ausgebildet, wobei durch die hydraulische Steuerung ermöglicht wird, daß lediglich das Werkzeug mit seiner Halterung im vorderen Teil der Bohrstange bewegt zu werden braucht, während die Bohrstange selber stillsteht. Die Probleme der Nockensteuerung - wie komplizierte Gestaltung des Kopiernockens, geringe Schnittgeschwindigkeit, usw. - sind hinlänglich bekannt, wobei eine kombinierte hydromechanische Steuerung in puncto Bearbeitungsgenauigkeit noch schwieriger zu beherrschen ist als eine rein mechanische Steuerung.
Die beim mechanischen Kopieren der Werkzeugzustellung beschränkten Schnittleistungen liegen weit unter den mit modernen Schneidwerkstoffen, insbesondere aus Keramik be- stehenden Schneidplatten gegebenen Möglichkeiten. Es ist zwar generell nicht neu, zur unrunden Umfangsbearbeitung die Werkzeugzustellung numerisch mit Hilfe von auf Lochstreifen gespeicherten Daten zu steuern. Hierzu hat man entsprechend der DE - OS 2.006.760 mindestens zwei Stellmotoren eingesetzt, deren einzeln numerisch steuerbare Stellbewegungen, über eine Koppeleinrichtung einander überlagert, auf das Werkzeug, den Drehmeißel, übertragen werden. Die Verwendung mehrerer Stellmotoren und das somit erforderliche Kuppelgetriebe bedingen nicht nur einen erheblichen konstruktiven Arbeitsaufwand, sondern es müssen auch relativ große Massen beschleunigt und wieder abgebremst werden.
Abgesehen von den Nachteilen dieser Maschine, ist sie lelediglich fir die Außenbearbeitung und nicht für die gleichzitig innen - und Außenbearbeitung von Werkstücken, insbesondere von Kolbenringen, geeignet.
Bisher wurden insbesondere Kolbenringe derart hergestellt, daß die Bearbeitung der beiden Umfangsflächen durch die beiden Werkzeuge ( Drehmeißel, Bohrstange ) gleichmäßig erfolgte, so daß ein Profil mit annähernd gleicher Wandstärke entstand. Da die Anforderungen an Kolbenringe als Präzisionsteile immer größer werden, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Vorrichtung so weiterzubilden, daß unterschiedliche Konturen des Innen -und Außenumfanges gleichzeitig herstellbar sind, wobei die zu bewegenden Massen möglichst gering gehalten werden sollen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch nicht am Bearbeitungsprozeß beteiligte, starr, fest mit dem Maschinenbett beziehungsweise mit dem Trägerschlitten ver- bundene Werkzeugträger zur Grobeinstellung der Durchmesser und unabhängig voneinander, mittels elektronisch steuerbarer Antriebe radial in Richtung auf das Werkstück zustellbarer Bearbeitungswerkzeuge. Durch die unabhängige Steuerung der einzelnen Bearbeitungswerkzeuge ist es nun möglich, unterschiedliche Profile des Innen - und Außenumfanges an Werkstücken, insbesondere Kolbenringen, herzustellen, die den höheren Anforderungen besser Rechnung tragen. Weiterhin vorteilhaft ist die schon in der DE - PS 1.089.245 angedeutete Reduzierung der zu bewegenden Massen anzusehen, die sich im vorliegenden Fall sowohl auf das Innen - als auch auf das Außenbearbeitungswerkzeug bezieht, wobei hier nicht mehr die Werkzeuge und Werkzeugträger, sondern lediglich die am Bearbeitungsprozeß beteiligten Werkzeuge und deren Halteteile bewegt werden müssen. Durch die rein elektronisch steuerbaren Antriebe ergeben sich weiterhin folgende Vorteile, nämlich Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit, Herstellung jeder gewünschten Ringkontur, ohne daß vorher neue Kopiernocken berechnet und hergestellt werden müssen, kurze Rüstzeiten, da nur in den Rechner Werte einzugeben und lediglich die durchmesserabhängigen Werkzeuge zu wechseln sind und eine Korrektur der Ring - Kontur nach Soll -Ist - Wert Vergleich.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß erfolgt bei einer für die Innenbearbeitung vorgesehenen Bohrstange die Zustellbewegung des Bearbeitungswerkzeuges mittels eines in unmittelbarer Nähe davon angeordneten Antriebes in Form wenigstens eines Gleichstrommotors. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung ist darin zu sehen, mindestens einen Motor innerhalb der Bohrstange anzuordnen. Dies kann bevorzugt bei Werkstücken mit größeren Innendurchmesser durchgeführt werden. Ist diese Unterbringung nicht möglich, können zweckmäßigerweise zwei Motoren hintereinander angeordnet werden, um auf diese Weise das erforderliche Drehmoment zu erreichen.
Die Zustellung des Werkzeuges, das im Bereich des freien Endes der Bohrstange angeordnet ist, erfolgt vorteilhafterweise über einen als Kurbelschleife ausgebildeten Werkzeughalter. In dieser Kurbelschleife i-st ein Kulissenstein untergebracht, in welchen ein in Nadeln gelagerter Kreisexzenter eingreift, der vorzugsweise mittels eines an sich bekannten Gleichstrommotors antreibbar ist. Dieser führt in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Hauptspindel Teildrehungen aus, die dem Bearbeitungswerkzeug eine bestimmte Position verleihen.
Eine weitere Alternative in der Zustellung des Bearbeitungswerkzeuges ist darin zu sehen, daß dieses über mindestens eine Kugelgewindespindel, mindestens eine vorgespannte Mutter und eine daran befestigte Schubstange zustellbar ist.
Diese Variante hat den Vorteil, daß vom Gleichstrommotor, der auch außerhalb der Bohrstange angeordnet sein kann, bis hin zum Werkzeughalter sehr große Abstände überbrückt werden können, bei kleinsten rechnerischen Massenträgheitsmomenten und kleinsten Fehlern infolge Torsion der Obertragungselemente.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt Figur 1 Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorganges Figur 2 Bohrstange mit als Kurbelschleife ausge- bildetem Werkzeughalter Figur 3 Bohrstange mit integrierter Schubstange und vorgespannter Mutter Figuren 4 a und 4 b Alternative Zustellmöglichkeiten für das Bearbeitungswerkzeug.
In Figur 1 ist als Prinzipskizze der erfindungsgemäße Bearbeitungsvorgang dargestellt. Die dazu benötigte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus je einem starren, nicht am Bearbeitungsprozeß beteiligten Werkzeugträger 1,2 für die Innen -und die Außenbearbeitung und jeweils einem damit verbundenen, in Abhängigkeit von der Umfangskontur des Werkstückes 3, hier ein Kolbenringpaket, radial zustellbaren Bearbeitungswerkzeug 4,5. Beide Bearbeitungswerkzeuge 4,5 sind unabhängig voneinander mittels der in Figur 2 abgebildeten, elektronisch steuerbaren Antriebe radial in Richtung auf das Werkstück 3 zustellbar, so daß unterschiedliche Innen -und Außenkonturen in einem Arbeitsgang herstellbar sind.
In Figur 2 ist der Erfindungsgedanke im wesentlichen anhand des Innenbearbeitungswerkzeuges 4 dargestellt. Die konstruktiven Einzelheiten sind jedoch gleichermaßen auch auf das nur angedeutete Außenbearbeitungswerkzeug 5 übertragbar, welches hier jedoch vorzugsweise direkt mittels eines Schrittmotors 47 zugestellt wird. Eine Bohrstange 1 ist starr mit einem nicht weiter dargestellten Trägerschlitten verbunden. Am freien Ende 6 der Bohrstange 1 ist ein Bearbeitungswerkzeug 4, hier ein Drehmeißel, in Abhängigkeit von der Unrundkontur des Kolbenringpaketes 3 radial zustellbar angeordnet. Die radiale Zustellung erfolgt durch zwei innerhalb der Bohrstange 1 axial hintereinander angeordnete Gleichstrommotoren 7,8, die durch den Rechner 9 und das Regelgerät 10 elektronisch steuerbar sind. Die Motoren 7,8 sind mittels Kupplungen 11,12 sowohl miteinander als auch mit der Drehmeißelhalterung 13 verbunden, die gleichzeitig als Kurbelschleife ausgebildet ist, In dieser Kurbelschleife 13 ( Figur 1 ) ist ein Kulissenstein 14 untergebracht, in welchen ein in Nadeln 15 gelagerter Kreisexzenter 16 eingreift. Dieser Kreisexzenter wird nun durch die Gleichstrommotoren 7,8 angetrieben. Er führt in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Hauptspindel 17 Teildrehungen aus, die dem Drehmeißel 4 eine bestimmte Position gemäß der Gleichung H ff = E - ( E - cosog ) verleihen.
Hierin bedeuten H ff Weg des Drehmeißels in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Hauptspindel mit dem Kolbenringpaket E Exzentrizität des Kreisexzenters = konst. ( t yflax ) ot Winkelstellung des Kreisexzenters bei der Teildrehung In Figur 3 ist eine besonders ausgebildete Bohrstange 18 mit integrierter Unrunddreheinrichtung für kleinere Werkstückdurchmesser, zum Beispiel <100 mm i dargestellt. Bei Werkstücken 19 mit den vorab angesprochenen Abmessungen ist es zweckmäßig, den Antrieb 20 außerhalb der Bohrstange 18 anzuordnen. Der Motor 20, der ebenso wie die in Figur 2 abgebildeten Motoren 7,8 steuerbar ist, ist über eine Kupplung 21 mit einer Kugelgewindespindel 22 und einer vorgespannten Mutter 23 verbunden. Zwischen der Kulisse 24 und der vorgespannten Mutter 23 erstreckt sich eine zweifach gelagerte 30,31 Rechteck - Schubstange 25. Die Kulisse 24 weist, in axialer Richtung gesehen, eine axial durchgehende, unter einem Winkel g verlaufende Ausnehmung 26 auf, in welcher ein Gleitstein 27 bewegbar angeordnet ist. Ober die Recheck - Schubstange 25 und den auf einer Schräge angeordneten Gleitstein 27 ist nun der Drehmeißel 28 radial in Richtung auf das Werkstück 19 zustellbar. Das gleiche Prinzip, wie vorab beschrieben, ist naturgemäß auch auf das nur angedeutete Außendrehwerkzeug 29 anwendbar.
Die Figuren 4 a und 4 b zeigen alternative Zustellmöglichkeiten für das Bearbeitungswerkzeug. Beide Versionen arbeiten nach dem in Figur 3 beschriebenen Prinzip. In der Bohrstange 32 gemäß Figur 4 a ist in einer Führung 33 eine Stößelstange 34 angeordnet. Ober eine vorzugsweise 450 Schräge 35, an der eine Obertragungsrolle 36 anliegt, wird die axiale Bewegung der Stößelstange 34 auf einen zweiten Stößel 37, der im rechten Winkel zur ersten Stößelstange 34 angeordnet ist, übertragen und so gegen den Druck einer Feder 38 die radiale Zustellbewegung des Drehmeißels 39 ausgeführt.
Die Bohrstange 40 gemäß Figur 4 b ist ähnlich der in Figur 4 a ausgebildet. Auch hier sind zwei Stößelstangen 41,42 im rechten Winkel zueinander angeordnet, wobei die zweite kleinere Stößelstange 42 gegen den Druck einer Feder 43 auf den Drehmeißel 44 einwirkt. Als Ubertragungsglied zwischen den beiden Stößelstangen 41,42 dient ein um einen definierten Drehpunkt 45 schwenkbarer Kipphebel 46.

Claims

Patentansprüche: Maschine zur vorzugsweise spanenden Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken, insbesondere von Kolbenringen, mit jeweils einem für die Innen-und Außenbearbeitung vorgesehenen Werkzeugträger und jeweils einem damit verbundenen, in Abhängigkeit von der Umfangskontur des Werkstückes radial zustellbaren Bearbeitungswerkzeug, gekennzeichnet durch nicht am Bearbeitungsprozeß beteiligte, starr, fest mit dem Maschinenbett beziehungsweise mit dem Trägerschlitten verbundene Werkzeugträger ( 1,2 ) und unabhängig voneinander, mittels elektronisch steuerbarer Antriebe ( 7,8,20 ), radial in Richtung auf das Werkstück ( 3,19 ) zustellbarer Bearbeitungswerkzeuge ( 4,5 und 28,29 ).
2 . Maschine nach Anspruch 1, mit einer für die Innenbearbeitung vorgesehenen Bohrstange, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellbewegung des Bearbeitungswerkzeuges ( 4,5 ) mittels eines in unmittelbarer Nähe davon angeordneten Antriebes ( 7,8 ) in Form eines Gleichstrommotores erfolgt.
3 . Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Motoren ( 7,8 ) innerhalb der Bohrstange ( 1 ) angeordnet sind.
4 . Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug ( 4,5 ) über einen als Kurbelschleife ( 13 ) ausgebildeten Werkzeughalter zustellbar ist.
5 . Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kurbelschleife ( 13 ) ein Kulissenstein ( 14 ) angeordnet ist, in welchen ein Kreisexzenter ( 16 ) eingreift.
6 . Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisexzenter ( 16 ) über ein Nadellager ( 15 ) gegenüber dem Kulissenstein ( 14 ) gelagert ist.
7 . Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisexzenter ( 16 ) mittels eines an sich bekannten Gleichstrommotors ( 7,8 ) antreibbar ist.
8 . Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug ( 28,29 ) über mindestens eine Kugelgewindespindel ( 22 ), mindestens eine vorgespannte Mutter ( 23 ) und eine daran befestigte Schubstange ( 25 ) zustellbar ist.